FR2951276A1 - Procede et dispositif d'estimation de composantes spatiales de la vitesse d'un fluide generees par des ondes acoustiques, procede d'estimation de la pression acoustique d'un fluide en mouvement, et programme d'ordinateur - Google Patents

Procede et dispositif d'estimation de composantes spatiales de la vitesse d'un fluide generees par des ondes acoustiques, procede d'estimation de la pression acoustique d'un fluide en mouvement, et programme d'ordinateur Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'estimation de composantes spatiales de la vitesse d'un fluide générées par des ondes acoustiques, qui comprend les étapes suivantes : - ensemencement (40) du fluide par des particules aptes à diffuser lesdits faisceaux lumineux ; - mesure (42) d'au moins de référence corrélé avec les ondes acoustiques ; - pour chaque direction d'un repère, - émission (44) de faisceaux lumineux par une source et réception des faisceaux lumineux diffusées par les particules ; - mesure (44) d'un signal de vitesse des particules dans un volume prédéfini, par Vélocimétrie Laser Doppler à franges, à partir desdits faisceaux lumineux diffusés ; - calcul (58) de la corrélation entre le signal de vitesse mesuré et le signal de référence mesuré; et - estimation (60) de la composante spatiale de la vitesse du fluide générée par les ondes acoustiques, à partir de ladite corrélation.

Description

Procédé et dispositif d'estimation de composantes spatiales de la vitesse d'un fluide générées par des ondes acoustiques, procédé d'estimation de la pression acoustique dans un fluide en mouvement, et programme d'ordinateur.
L'invention concerne un procédé et un dispositif d'estimation de composantes spatiales de la vitesse, par rapport à un référentiel de mesure, d'un fluide générées par des ondes acoustiques, un procédé d'estimation de la pression acoustique d'un fluide, et un programme d'ordinateur.
L'invention est appliquée dans le domaine des souffleries aéronautiques, automobiles et ferroviaires pour permettre une analyse fine des champs aérodynamiques et acoustiques notamment autour de maquettes.
A ce jour, l'instrumentation "acoustique" des souffleries à veine fermée est généralement constituée de microphones isolés ou faisant partie d'un rail ou d'une antenne acoustique placée en retrait de la veine, derrière un film de kevlar poreux. Les microphones sont donc intégrés aux parois de la soufflerie ou des maquettes.
Il est apparu, après plusieurs études théoriques et expérimentales, que les rails ne permettaient pas de dépasser l'épaisseur de couches limites turbulentes et qu'ils avaient tendance à perturber les mesures acoustiques (bruits d'origine aérodynamique, réflexions et diffractions) de par leur taille et leur constitution.
Il est également apparu que lors de l'utilisation d'une antenne acoustique, la couche limite le long du film de kevlar a une influence plus ou moins prononcée lorsque la vitesse du fluide est supérieure à 60 mètres par seconde.
En outre, la distance entre les microphones et la source de l'onde acoustique peut avoir pour effet d'occulter certaines sources par rapport à d'autres.
L'invention a notamment pour but de résoudre ces problèmes.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'estimation de composantes spatiales de la vitesse d'un fluide générées par des ondes acoustiques ; les ondes acoustiques ayant un spectre fréquentiel stationnaire, ledit fluide étant en mouvement et transparent pour les faisceaux des voies de longueurs d'onde déterminées, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - ensemencement du fluide par des particules aptes à diffuser lesdits faisceaux lumineux, lesdites particules étant propres à se déplacer à la vitesse du fluide ; - mesure, par au moins un capteur, d'au moins un signal, dit signal de référence, corrélé avec les ondes acoustiques ; - pour chaque direction d'un repère, - émission de faisceaux lumineux, par une source et réception des faisceaux lumineux diffusées par les particules, par un détecteur ; - mesure d'un signal de vitesse des particules dans un volume prédéfini, par Vélocimétrie Laser Doppler à franges, à partir desdits faisceaux lumineux diffusés ; - calcul de la corrélation entre le signal de vitesse mesuré et le signal de référence mesuré ; et - estimation de la composante spatiale de la vitesse du fluide générée par les ondes acoustiques, à partir de ladite corrélation.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé d'estimation comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le calcul de corrélation est effectué entre les signaux de fluctuation et le signal de référence et en ce que l'étape de calcul de la corrélation est précédé des étapes suivantes : - calcul d'un signal de vitesse moyenne à partir du signal de vitesse mesure; - calcul d'un signal représentatif des fluctuations de vitesse du fluide, dit signal de fluctuation, à partir du signal de vitesse moyenne et du signal de vitesse mesurée, par soustraction du signal de vitesse moyenne au signal de vitesse mesurée ; - calcul des interspectres entre le signal de référence et le signal de fluctuation ; lesdits interspectres caractérisant ladite corrélation dans chaque direction x, y et z. - il comporte en outre les étapes suivantes : - rééchantillonnage à pas constant du signal de fluctuation en et du signal de référence ; 30 3
- construction de signaux étalons sur la même base de temps que les signaux de référence et de fluctuation avant rééchantillonnage, puis correction des signaux rééchantillonnés, par exemple selon la méthode décrite aux étapes 54 et 56. - il comporte en outre une étape d'estimation par segmentation. - l'étape d'estimation comporte les étapes suivantes : - calcul de chacun des modules V(f) 1, Vy (f) et Vz (f) et des phases à 10 partir des formules suivantes : 2 Groix 10,1 Vy(f) = z z ç(Vx(J )) = Ç(Gr,f) ; T(Vy(J )) = Ç(Gr,f y) ; ç(Vz(J )) = Ç(Gr,fz) 15 avec 0(r) autospectre du signal de référence
- calcul sous leur forme complexe des transformées dans le domaine fréquentiel des composantes spatiales de la vitesse acoustique à partir des modules et phases calculés ci-dessus : 20 Vx (f) = Vx (f) exp(i v(Vx (f ))) ; Vy (f) = Vy (f) exp(i «Vy (f ))) Vz° (.f) = Vz (.f) exp(i w(Vz (.f )))
L'invention a également pour objet un dispositif d'estimation de composantes spatiales de la vitesse d'un fluide générées par des ondes acoustiques ; les ondes acoustiques ayant 25 un spectre fréquentiel stationnaire, ledit fluide étant transparent pour les faisceaux lumineux des trois voies de longueurs d'onde déterminées, ledit dispositif comportant : - au moins un dispositif d'ensemencement apte à ensemencer le fluide par des particules aptes à diffuser lesdites faisceaux lumineux, lesdits particules étant propres à se déplacer à la vitesse du fluide ; - au moins un capteur propre à mesurer au moins un signal, dit signal de référence, corrélé avec les ondes acoustiques ; - au moins une source propre à générer des faisceaux lumineux des voies aux longueurs d'onde déterminées; lesdits faisceaux lumineux se croisant dans un volume de 5 mesure du fluide ; - au moins un détecteur propre à réceptionner les faisceaux lumineux diffusés par lesdites particules ; - au moins une unité de calcul apte à calculer, pour chaque direction d'un repère : - un signal de vitesse desdites particules dans le volume de mesure par 10 Vélocimétrie Laser Doppler à franges, à partir desdits faisceaux lumineux diffusés, - la corrélation entre le signal de vitesse mesuré et le signal de référence mesuré, et - la composante spatiale de la vitesse du fluide générée par les ondes 15 acoustiques, à partir de ladite corrélation.
L'invention a également pour objet un programme informatique comportant des instructions pour mettre en oeuvre le procédé mentionné ci-dessus lorsqu'elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs. 20 Enfin, l'invention a pour objet un procédé d'estimation de la pression acoustique dans un volume de mesure prédéfini, d'un fluide, les ondes acoustiques ayant un spectre fréquentiel stationnaire, ledit fluide étant en mouvement et transparent pour au moins trois longueurs d'onde déterminées, caractérisé en ce que le procédé comprend : 25 - les étapes du procédé d'estimation des transformées dans le domaine fréquentiel de composantes spatiales de la vitesse d'un fluide générées par des ondes acoustiques, selon l'une quelconque des caractéristiques mentionnées ci-dessus; et - une étape de calcul de la pression acoustique à partir des équations d'Euler en trois dimensions et des composantes spatiales estimées de la vitesse du fluide. 30 En variante, l'étape de calcul de la pression acoustique dans le domaine fréquentiel est réalisée à partir de la formule suivante: c2 P= Po cc) MovX û Poo a a a ~Mô _1) " _aVyy, aX ay aZ dans laquelle : - p est la transformée dans le domaine fréquentiel de la pression acoustique dans le volume de mesure ; - po est la masse volumique du fluide dans le volume de mesure ; - co est la célérité du son dans le fluide dans le volume de mesure ; - Mo est le nombre de Mach dans le volume de mesure ; - w est la pulsation associée à la fréquence d'un signal de référence ; - vX est la transformée dans le domaine fréquentiel de la composante spatiale selon la direction x de la vitesse du fluide générée par les ondes acoustiques ; - va est la transformée dans le domaine fréquentiel de la composante spatiale selon la direction y de la vitesse du fluide générée par les ondes acoustiques ; et - vz est la transformée dans le domaine fréquentiel de la composante spatiale selon la direction z de la vitesse du fluide générée par les ondes acoustiques. 15 En variante, le procédé d'estimation est suivi de l'estimation de la moyenne de la pression dans le volume de mesure.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée 20 uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma du dispositif d'estimation selon l'invention ; - la figure 2 est un diagramme des étapes du procédé d'estimation de composantes spatiales de la vitesse d'un fluide générées par des ondes acoustiques, selon l'invention ; et - la figure 3 est un diagramme des étapes du procédé d'estimation de la pression 25 acoustique selon l'invention.
En référence à la figure 1, un fluide 2 s'écoule dans un conduit 4 aussi appelé veine comprenant une source d'ondes acoustiques 6, par exemple constituée par une pale, propre à générer des ondes acoustiques ayant un spectre fréquentiel stationnaire, c'est-à-dire 30 décomposable en une somme de sinusoïdes à fréquence et amplitude constantes dans le temps.
Dans chaque direction x, y, z du conduit 4, la vitesse du fluide 2 peut être considérée comme étant la somme d'une vitesse moyenne du fluide, d'une vitesse de fluctuation du fluide générée par les ondes acoustiques et d'une vitesse de fluctuation du fluide non générée par les ondes acoustiques. Le procédé et le dispositif d'estimation 8 selon l'invention permet d'estimer les composantes spatiales vx , vÿ , vz de la vitesse du fluide 2 générées par les ondes acoustiques. A cet effet, le dispositif d'estimation 8 selon l'invention comprend un dispositif d'ensemencement 10 propre à distribuer dans le fluide 2 des particules 12, une source 16 de type laser, propre à émettre des faisceaux lumineux de longueurs d'ondes différentes (ou non) pour les trois voies de mesure 18, 20, 22 (1 voie de mesure par composante spatiale) et un détecteur 24 apte à réceptionner les faisceaux lumineux diffusés par les particules 12, en mouvement dans le fluide 2.
Selon l'invention, il est considéré que le fluide 2 présente une vitesse moyenne non nulle selon la direction x. Le fluide 2 est transparent vis-à-vis des longueurs d'ondes des faisceaux lumineux des voies 18, 20, 22. Les faisceaux lumineux sont émis selon des directions différentes de manière à ce que leur croisement constitue un volume de mesure unique prédéfini 26 du fluide en mouvement dans le conduit 4. Ce volume de mesure 26 présente des dimensions, par exemple, égales à 100µm x 100µm x 100µm.
Les particules 12 sont aptes à se déplacer à la vitesse du fluide 2. Elles sont choisies de manière à diffuser les longueurs d'ondes des faisceaux lumineux des voies 18, 20, 22. Elles sont, par exemple, constituées par de l'encens, du MgO, de l'aérosil, ou de l'huile.
La source 16 et le détecteur 24 sont montés coulissants sur des rails qui s'étendent selon les directions x, y, z d'un repère orthonormé. Sur la figure 1, seul deux rails 28, 30 qui s'étendent selon la direction x, ont été représentés. Ils sont fixés de part et d'autre du conduit 4.
Le dispositif d'estimation 8 comprend en outre un ou plusieurs capteurs 32, de type microphone ou tachymètre, et une unité de calcul 34 connectée au détecteur 24 et au capteur 32.
Le capteur 32 est apte à mesurer un signal de référence r(t) corrélé avec les ondes acoustiques. La corrélation entre deux variables est définie comme l'intensité de la liaison qui peut exister entre ces variables. Le capteur 32 est disposé hors de l'écoulement du fluide 2, par exemple contre la paroi extérieure du conduit 4. Le signal de référence r(t) présente un rapport signal acoustique sur bruit de turbulence supérieur à 10 dB. En référence à la figure 2, le procédé d'estimation de composantes spatiales vx , vÿ , vz de la vitesse du fluide générées par des ondes acoustiques, débute par une étape 40 d'ensemencement du fluide 2 dans lequel les ondes acoustiques se propagent. Cet ensemencement est réalisé de manière aléatoire.
Au cours d'une étape 42, le capteur 32 mesure un signal, dit signal de référence r(t) corrélé avec les ondes acoustiques. En pratique, le capteur 32 mesure le bruit généré par la source 6. Ce bruit est représentatif des ondes acoustiques générées par la source 6.
Au cours d'une étape 44, la source 16 émet les faisceaux lumineux des voies 18, 20, 22 vers le volume de mesure 26 pendant une période de temps de mesure dépendant du nombre de particules traversant le volume de mesure 26 à chaque instant tk validées par l'unité de calcul 34 (critère de validation variable selon le processeur de signaux employé). Le détecteur 24 détecte les faisceaux lumineux réfléchis par une succession de particules 12, et transmet un signal représentatif de ceux-ci à l'unité de calcul 34. A partir de ce signal, l'unité de calcul 34 calcule des valeurs de vitesse v x (tk) , v, (tk) , vz (tk) selon les directions x, y, z, des particules 12 traversant le volume 26, où tk marque l'instant de passage de la kième particule 12 à travers le volume 26 durant la période de temps de mesure. Le signal de référence r(t) est mesuré à ces instants tk.
Comme les particules se succèdent à des intervalles de temps aléatoires, les intervalles entre les instants tk sont non constants. Cette méthode d'estimation de valeurs de vitesse est couramment appelée Vélocimétrie Laser Doppler à franges 3C. Au cours d'une étape 46, les valeurs de vitesses des particules v x (tk) , vy(tk), v z (tk) , mesurées au cours le l'étape 44 sont filtrées de manière à exclure les valeur de vitesse aberrantes.
Ce filtrage est, par exemple, réalisé, dans chaque direction x, y, z, de manière statistique par suppression des valeurs de vitesse situées à plus de six écarts-type de la valeur moyenne de l'ensemble des valeurs de vitesse dans la direction correspondante, mesurées au cours de l'étape 44. Puis, l'unité de calcul 34 définit pour chaque direction x, y, z un signal de vitesse vx (t ) , v , (t ) , vz (t) passant par les valeurs de vitesses v x (tk) , vy(tk), , vz (tk) , issues de l'étape 8 de filtrage 46. Ces signaux de vitesse vx (tk) , vy (tk) , , vz (tk) des particules sont assimilés à des signaux de vitesse du fluide 2 puisque les particules 12 ont été choisies de manière à se déplacer à la vitesse du fluide 2.
Au cours d'une étape 48, l'unité de calcul 34 calcule les vitesses moyennes vx , vy , vz du fluide selon les directions x, y, z.
Au cours d'une étape 50, l'unité de calcul 34 définit pour chaque direction x, y, z des signaux, dits signaux de fluctuation fx(tk) fy (tk) f (tk) , pour chaque direction x, y, z en soustrayant aux signaux de vitesse vx(t ) , vy(t ) , vz (t) , la vitesse moyenne Vx , vy , Vz respective à chaque direction calculée au cours de l'étape 48.
Au cours d'une étape 52, les signaux de fluctuation fx(tk) fy (tk) f (tk) sont rééchantillonnés à pas constant après interpolation, par exemple par une méthode de bloqueur linéaire. La fréquence de rééchantillonnage est choisie sensiblement égale au nombre de particules 12 observées divisé par la durée d'observation. fx(tk),.fy(tk),.fz(tk) => .fx(ti),fy(ti),Jz(ti)
Au cours d'une étape 54, un signal étalon e(tk) est construit sur la même base de temps que les instants {tk} auxquels les vitesses des particules 12 ont été déterminées au cours de l'étape 44. Ce signal étalon e(tk) est une sinusoïde d'amplitude unitaire et de fréquence égale à l'une des fréquences f,,. d'intérêt dans le signal de référence. Puis, le signal étalon e(tk) ainsi construit est rééchantillonné à la même fréquence de rééchantillonnage que les signaux de fluctuation fx(tk) , fy (tk) f(tk) et que le signal de référence au cours de l'étape 52.
Pour chaque fréquence fä considérée, on calcule la variance V(e) et l'autospectre 0(e) du signal étalon rééchantillonné, où 1' autospectre est défini comme la transformée de Fourier de la fonction d'autocorrélation d'un signal. 0(e) _ {E(z)1 Les erreurs induites par le rééchantillonnage des signaux de fluctuation fx(ti) fy(ti), fz(ti) et du signal de référence sont compensées par multiplication de la transformée de Fourier de ces signaux rééchantillonnés, par leur facteur correctif C relatif à la fréquence d'intérêt. Chaque facteur correctif est défini par la racine carrée du rapport entre la variance V(e) du signal 5 étalon par l'autospectre 0(e) du signal étalon. C(.fn) = \1V (e) 0(e) Au cours d'une étape 56, une boucle sur l'étape 54 est réalisée en prenant tour à tour les différentes fréquences fä d'intérêt du signal de référence. Les étapes 54 et 56 de correction des erreurs liées au reéchantillonnage sont facultatives.
En variante, les étapes 52 à 56 sont remplacées par une estimation par segmentation généralement appelée en anglais méthode de « slotting» décrite dans les documents suivants 15 "Digital estimation of turbulence power spectra from burst counter LDV data", de W.T Mayo, M.T. Shay, & S. Riter ; dans Proceedings 2d International Workshop on Laser Velocimetry, Purdue University, Vol 1, pp 16-26, 1974 ; et "Efficient estimation of power spectral densitry from laser Doppler anemometer data" de H. Nobach, E. Müller & C. Tropea ; dans Experiments in Fluids, vol 24 (5/6), pp 499-509, 1998. 20 Au cours d'une étape 58, l'unité de calcul 34 calcule les transformées de Fourier des intercorrélations entre le signal de référence r(t) et chacun des signaux de fluctuation fx(ti) , f y (ti) et fz (ti) . Ces transformés de Fourier sont appelées ci- après interspectres Gr, , Gr "5, 25 etGrf = (R * (Îx), F(.fx)) Gr, "5, = (R * (r), F(.ÎY)) Gr,fz = (R * (fz), F(fz)) Cette opération permet de rejeter des signaux de fluctuation, les fluctuations non liées aux ondes acoustiques. 10 30 Les transformées de Fourier des composantes spatiales de la vitesse d'un fluide générées par les ondes acoustiques peuvent être calculées sous forme complexe. Tout nombre complexe pouvant être défini par une phase et un module, les phases et modules des interspectres sont calculés comme suit : Vx (f) = Vx (f) eXp(i T (Vx (f ))) V,a (f) = Vy (f) eXp(i g)(V,,(f ))) Vza (f) = Vz (f) exp(i T (Vz (f ))) 10Avec : ~ ~/~ ~ Y'(Vx(f))= ~~/p~(Gr,fx), Y'/~(v (/{ ))= (Gr fy) et Yo(v (f))= v (Gr,fz) 1Gr, 0(r) , Vy (f) __ 1G,,, "5,1 00 et Vz = (f) 2 2 avec 0(r) autospectre du signal de référence 15 Au cours d'une étape 60, les phases des interspectres q (Gr ft) , v(Gr fy) et v(G, fz ) ainsi que les modules , wxu)l , Vy (f) et Vz (f) sont calculés. Puis, l'unité de calcul 34 calcule les nombres complexes vX (f) , v y (f) et v z (f) ainsi constitués pour obtenir, dans le domaine fréquentiel, les composantes spatiales vX , vÿ , vz , selon les directions x, y et z de la vitesse d'un fluide, générées par les ondes acoustiques. Il est possible d'estimer les composantes spatiales vX , vÿ ,v: de la vitesse du fluide générées par les ondes acoustiques dans différents volumes de mesure 26 par déplacement de la source 16 et du détecteur 24 et répétition des étapes 40 à 60 pour chaque volume de mesure. Cela permet d'obtenir une cartographie de la vitesse acoustique dans le conduit 4.
Il est également possible de réaliser des moyennes des valeurs des composantes spatiales vX ,v; , vz de la vitesse du fluide générées par les ondes acoustiques pour plusieurs volumes de mesures 26 voisins définissant un volume macroscopique 36 de taille similaire à un capteur microphonique de taille usuelle pour la gamme de fréquence choisie. 20 25 30 L'invention concerne également un programme informatique comportant des instructions pour mettre en oeuvre les étapes 40 à 60 du procédé d'estimation décrit ci-dessus, lorsqu'elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs.
En référence à la figure 3, le procédé d'estimation de la pression acoustique du fluide 2 dans le volume de mesure 26 du conduit 4 débute par la réalisation de l'ensemble des étapes 40 à 60 matérialisées sur la figure 3 par une unique étape référencée 62.
Au cours d'une étape 64, l'unité de calcul 34 calcule la pression acoustique p à partir des des composantes spatiales vX , v ÿ , vz estimées au cours de l'étape 62, avec un modèle de propagation aéroacoustique en 3 dimensions, comme par exemple l'équation d'Euler en trois dimensions. Dans la formule ci-dessous il a été considéré que les composantes de vitesses moyennes selon les directions y et z étaient négligeables devant la composante selon la direction x. o P = PocoMoVx û Pooc (Mô _1)a12: aVy a a1Q ax ay az dans laquelle : - p est la pression acoustique dans le volume de mesure 26 ; - po est la masse volumique du fluide 2 dans le volume de mesure 26 ; - co est la célérité du son dans le fluide 2 dans le volume de mesure 26; - Mo est le nombre de Mach moyenné temporellement; le nombre de Mach est un nombre sans dimension qui exprime le rapport de la vitesse locale d'un fluide sur la vitesse du son dans ce même fluide ; - w est la pulsation associée à la fréquence d'intérêt du signal de référence ; 25 - vX est la composante spatiale selon la direction x de la vitesse du fluide générée par les ondes acoustiques ; - vy est la composante spatiale selon la direction y de la vitesse du fluide générée par les ondes acoustiques ; et - vz est la composante spatiale selon la direction z de la vitesse du fluide générée 30 par les ondes acoustiques.
Au cours d'une étape 66, l'unité de calcul 34 peut calculer la moyenne spatiale des pressions acoustiques locales, obtenues à l'étape 64, ceci dans le volume macroscopique 36.
Tout comme pour les composantes spatiales vxa, vÿ , vz de la vitesse, la pression acoustique p peut être estimée dans les différents volumes de mesure 26 de la cartographie du conduit 4. Ceci permet d'estimer la géométrie de fronts d'ondes acoustiques, et d'en déduire, compte tenu des lois de propagations aéroacoustiques, la position des sources sonores. 10 Avantageusement, ce procédé d'estimation de la pression acoustique p est non intrusif et à haute résolution spatiale. Il permet ainsi, par exemple, de mesurer cette pression acoustique dans la couche limite d'une paroi dans le conduit 4.
15 Il est également possible d'estimer l'intensité acoustique I dans un ou plusieurs volumes de mesures 26 donnés, à partir de la formule suivante dans laquelle il a été considéré que les composantes de vitesses moyennes selon les directions y et z étaient négligeables devant la composante selon la direction x: 20 I=1Re~ ~Vxa) P *é x +Poc0 (Mo .vxa a)*+M ~pp* o poco dans laquelle : - Re est la partie réelle ; - p est la pression acoustique ;- va est le vecteur comprenant les composantes vy a ; . v , ,Vz 25 - vX est la composante spatiale selon la direction x de la vitesse du fluide générée par les ondes acoustiques ; - Mo est le nombre de Mach moyenné temporellement; - po est la masse volumique du fluide ; - co est la célérité du son dans le fluide en mouvement ; 30 - éx est le vecteur unitaire dans la direction x ; - * est le conjugé du complexe considéré.
2 La mesure de l'intensité acoustique en différents points du fluide 2 permet de caractériser les propriétés acoustiques d'un système comprenant un écoulement, une ou plusieurs sources acoustiques et des matériaux absorbants acoustiques, ainsi que de sous-ensembles de ce système.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1.- Procédé d'estimation de composantes spatiales (vX ,v; , vz) de la vitesse d'un fluide (2) générées par des ondes acoustiques ; les ondes acoustiques ayant un spectre fréquentiel stationnaire, ledit fluide (2) étant en mouvement et transparent pour les faisceaux des voies 18, 20, 22 de longueurs d'onde déterminées, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - ensemencement (40) du fluide (2) par des particules (12) aptes à diffuser lesdits faisceaux lumineux, lesdites particules (12) étant propres à se déplacer à la vitesse du fluide (2) ; - mesure (42), par au moins un capteur (32), d'au moins un signal, dit signal de référence (40), corrélé avec les ondes acoustiques ; - pour chaque direction (x, y, z) d'un repère, - émission (44) de faisceaux lumineux (voies 18, 20, 22), par une source (16) et réception des faisceaux lumineux (voies 18, 20, 22) diffusées par les particules (12), par un détecteur (24) ; - mesure (44) d'un signal de vitesse (vx(t ) , vy(t ) , vz (r)) des particules (12) dans un volume prédéfini (26), par Vélocimétrie Laser Doppler à franges, à partir desdits faisceaux lumineux (voies 18, 20, 22) diffusés ; - calcul (58) de la corrélation entre le signal de vitesse mesuré (vx (t ) , vy (t ) , vz (r)) et le signal de référence mesuré (r(t) ) ; et - estimation (60) de la composante spatiale de la vitesse (vX , vy , vz) du fluide (2) générée par les ondes acoustiques, à partir de ladite corrélation.
  2. 2.- Procédé d'estimation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calcul de corrélation est effectué entre les signaux de fluctuation et le signal de référence, et en ce que l'étape de calcul de la corrélation (58) est précédé des étapes suivantes : - calcul (48) d'un signal de vitesse moyenne (v, ,17,,17z ) à partir du signal de vitesse mesurée (vx (t ) , vy (t ) , vz (r)) ; - calcul (50) d'un signal représentatif des fluctuations de vitesse du fluide, dit signal de fluctuation (fx (t) , f y (t) , fz (t) ), à partir du signal de vitesse moyenne 15 ( vx , vy , vz) et du signal de vitesse mesurée (vx(t ) , vy(t ) , vz (t) ), par soustraction du signal de vitesse moyenne au signal de vitesse mesurée ; - calcul (58) des interspectres (Gr, Gr f, , Gr fz) entre le signal de référence (r(t)) et le signal de fluctuation (fx (t) , f y (t) , fz (t)) ; lesdits interspectres caractérisant ladite corrélation dans chaque direction x, y et z.
  3. 3.- Procédé d'estimation selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes : - rééchantillonnage (52) à pas constant du signal de fluctuation (fx (tk) , f y (tk) , f (tk)) en (fx (ti ) , f y (ti ) , fz (ti )) et du signal de référence (r(ti )) ; - construction de signaux étalons (e(tk)) sur la même base de temps {tk} que les signaux de référence et de fluctuation avant rééchantillonnage, puis correction des signaux rééchantillonnés, par exemple selon la méthode décrite aux étapes (54) et (56).
  4. 4.- Procédé d'estimation selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape d'estimation par segmentation.
  5. 5.- Procédé d'estimation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'étape d'estimation (60), comporte les étapes suivantes : - calcul de chacun des modules wx(f)l ,1V,,( f )et Vz (f) et des phases à partir des formules suivantes : 1 2 { Gr, 5, ; VZ (/ ) 1l'l (r) ç(Vx(J ))=T(Gr,fx) ; q(Vy(/ ))=Y'(Gr,fy) ; ç(Vz(J ))=T(Gr,fz) avec 0(r) autospectre du signal de référence - calcul sous leur forme complexe des transformées dans le domaine fréquentiel des composantes spatiales de la vitesse acoustique à partir des modules et phases calculés ci-dessus : Vx (.f) = Vx (.f) exp(i w(Vx (f ))) ; Vy (.f) = V,, (.f) exp(i w(Vy (f ))) Vz°(f) = ç(f) exp(içp(Vz(f)))
  6. 6.-Dispositif d'estimation (8) de composantes spatiales (vX ,v; , vz) de la vitesse d'un fluide (2) générées par des ondes acoustiques ; les ondes acoustiques ayant un spectre fréquentiel stationnaire, ledit fluide (2) étant transparent pour les faisceaux lumineux des trois voies de longueurs d'onde déterminées, ledit dispositif (8) comportant : - au moins un dispositif d'ensemencement (10) apte à ensemencer le fluide (2) par des particules (12) aptes à diffuser lesdites faisceaux lumineux, lesdits particules (12) étant propres à se déplacer à la vitesse du fluide (2); - au moins un capteur (32) propre à mesurer au moins un signal, dit signal de référence (r(t) ), corrélé avec les ondes acoustiques ; - au moins une source (16) propre à générer des faisceaux lumineux des voies 18, 20, 22 aux longueurs d'onde déterminées; lesdits faisceaux lumineux (voies 18, 20, 22) se croisant dans un volume de mesure (26) du fluide (2) ; - au moins un détecteur (24) propre à réceptionner les faisceaux lumineux (voies 18, 20,22) diffusés par lesdites particules (12) ; - au moins une unité de calcul (34) apte à calculer, pour chaque direction (x, y, z) d'un repère : - un signal de vitesse (vx(t ) , vy(t ) , vz (t)) desdites particules dans le volume de mesure (26) par Vélocimétrie Laser Doppler à franges, à partir desdits faisceaux lumineux diffusés (voies 18, 20, 22), - la corrélation entre le signal de vitesse mesuré (vx (t ) , v y (t ) , vz (t)) et le signal de référence mesuré (4(t) ), et - la composante spatiale (vx , vÿ , vz) de la vitesse du fluide générée par les ondes acoustiques, à partir de ladite corrélation. 30
  7. 7. Programme informatique, caractérisé en ce qu'il comporte des instructions pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, lorsqu'elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs.
  8. 8.- Procédé d'estimation de la pression acoustique (p), dans un volume de mesure (26) prédéfini, d'un fluide (2), les ondes acoustiques ayant un spectre fréquentiel stationnaire, ledit fluide (2) étant en mouvement et transparent pour au moins trois longueurs d'onde déterminées, caractérisé en ce que le procédé comprend : - les étapes du procédé d'estimation des transformées dans le domaine fréquentiel de composantes spatiales (vX , via , vz) de la vitesse d'un fluide générées par des ondes acoustiques, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ; et - une étape de calcul (64) de la pression acoustique (p) à partir des équations d'Euler en trois dimensions et des composantes spatiales (vX , via , v, »estimées de la vitesse du fluide.
  9. 9.- Procédé d'estimation selon la revendication 8, l'étape de calcul (64) de la pression acoustique dans le domaine fréquentiel est réalisée à partir de la formule suivante: C2 P = po co Mo vX ù Po co 2 aaVy dVz (Mo -1) Va a y aZ dans laquelle : - p est la transformée dans le domaine fréquentiel de la pression acoustique dans le volume de mesure (26) ; - po est la masse volumique du fluide dans le volume de mesure (26) ; - co est la célérité du son dans le fluide dans le volume de mesure (26) ; 25 - Mo est le nombre de Mach dans le volume de mesure (26) ; - w est la pulsation associée à la fréquence d'un signal de référence ; - vX est la transformée dans le domaine fréquentiel de la composante spatiale selon la direction x de la vitesse du fluide générée par les ondes acoustiques ; - vy est la transformée dans le domaine fréquentiel de la composante spatiale 30 selon la direction y de la vitesse du fluide générée par les ondes acoustiques ; et- vz est la transformée dans le domaine fréquentiel de la composante spatiale selon la direction z de la vitesse du fluide générée par les ondes acoustiques.
  10. 10 û Procédé d'estimation selon la revendication 9, suivi de l'estimation de la 5 moyenne de la pression dans le volume de mesure (26).
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LAVIEILLE M ET AL: "Measurement of acoustic quantity fields in duct flow by Laser Doppler Velocimetry", COLLECTION OF TECHNICAL PAPERS; 12TH AIAA/CEAS AEROACOUSTICS CONFERENCE; CAMBRIDGE, MASSACHUSETTS, 8-10 MAY 2006,, vol. 3, 8 May 2006 (2006-05-08), pages 1852 - 1860, XP009133052, ISBN: 978-1-56347-809-3 *
VIGNOLA J F ET AL: "LASER DETECTION OF SOUND", THE JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS FOR THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA, NEW YORK, NY, US LNKD- DOI:10.1121/1.401920, vol. 90, no. 3, 1 September 1991 (1991-09-01), pages 1275 - 1286, XP000231982, ISSN: 0001-4966 *

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